Конструкция фпзс

Кроме ПЗС простейшей структуры (Рис. 4) получили распространение и другие их разновидности, в частности приборы с поликремниевыми перекрывающимися электродами (рис. 8,а), в которых обеспечиваются активное фотовоздействие на всю поверхность полупроводника и малый зазор между электродами, и приборы с асимметрией приповерхностных свойств (например, слоем диэлектрика переменной толщины — рис. 8,б), работающие в двухтактовом режиме. Принципиально отлична структура ПЗС с объемным каналом (рис. 8,в), образованным диффузией примесей. Накопление, хранение, перенос заряда происходят в объеме полупроводника, где меньше, чем на поверхности, рекомбинационных центров и выше подвижность носителей. Следствием этого является увеличение на порядок значения f_такт и уменьшение  по сравнению со всеми разновидностями ПЗС с поверхностным каналом.

Для восприятия цветных изображений используют один из двух способов: разделение оптического потока с помощью призмы на красный, зеленый, синий, восприятие каждого из них специальным ФПЗС — кристаллом, смешение импульсов от всех трёх кристаллов в единый видеосигнал; создание на поверхности ФПЗС пленочного штрихового или мозаичного кодирующего светофильтра, образующего растр из разноцветных триад.

Д

Рис. 8 Разновидности приборов с зарядовой связью с поверхностным

(а, б) и объемным (в) каналами.

ля восприятия изображений в ИК-области спектра развиваются три направления: легирование кремния примесями (In, Ga, Те и др.) и использование примесного фотоэффекта; разработка ФПЗС на узкозонных полупроводниковых соединениях (напр., на In, Sb для диапазона= 3—5 мкм); создание гибридных структур, сочетающих фоточувствительную мишень, например на кристалле HgCdTe, и кремниевые ПЗС-регистры, обеспечивающие считывание информации, накапливаемой в мишени.

По принципу накопления и считывания информации ФПЗС делятся на линейные и матричные.

В линейном ФПЗС (рис. 9, а) заряды, накопленные в строке 1 за один цикл, передаются в регистр 2 (из чётных элементов) и в регистр 3 (из нечётных). В то время, как по этим регистрам информация передаётся через выход 4 в схему объединения сигналов 5, в строке 1 накапливается новый видеокадр.

В ФПЗС с кадровым переносом (рис. 9, 6) информация, воспринятая матрицей накопления 1, быстро «сбрасывается» в матрицу хранения 2, из которой последовательность считывается ПЗС-регистром 3; в это же время матрица 1 накапливает новый кадр.

Рис. 9

Накопление и считывание информации в линейном (а), матричном (б) ФПЗС.

4. Антиблюминг.

Антиблюминг - это устойчивость к локальным пересветкам. Из-за явления фиксации поверхностного потенциала скрытый канал запереть нельзя, поэтому с ростом сигнального заряда в потенциальной яме потенциал канала в ней уменьшается, и когда он достигнет значения потенциала в канале под соседним электродом, заряд просто начнёт переливаться через этот незапертый участок канала в соседний элемент – причём в обе стороны. На картинке это проявляется в виде вертикального расплывания ярких деталей изображения. Это явление и называется оптической пересветкой (blooming), и если в системах регистрации слабых сигналов с ним ещё можно мириться (в силу невысокой вероятности с ним столкнуться и возможности изменить время накопления), то в камерах для ТВ оно совершенно недопустимо.

Борются с блюмингом разработкой специальной конструкции ячеек. Первый способ (горизонтальный антиблюминг) состоит в том, что вдоль каждого столбца фоточувствительных ячеек прокладывается узкая стоковая область, находящаяся под большим положительным потенциалом и отделённая от накапливающей сигнальный заряд потенциальной ямы некоторым барьером, потенциал канала в котором (иногда управляемый отдельным затвором) выше, чем барьер, отделяющий ячейки друг от друга. В этом случае избыточный заряд будет переливаться в сток, и искажения сигнала в соседних элементах не возникает. Если используется специальный затвор управления антиблюмингом, то появляется возможность принудительной очистки заряда из накопительной ячейки даже без её переполнения, что есть не что иное, как электронная регулировка экспозиции.

Ценой горизонтального антиблюминга является некоторое снижение коэффициента заполнения (область стока не может дать вклад в сигнал), и увеличение размеров ячейки, что для приборов с малым размером ячейки неприемлемо. В матрицах для ТВ, где размер ячейки, как правило, менее 10 мкм, для борьбы с блюмингом применяется другой, весьма эффективный способ – вертикальный антиблюминг. При этом стоковая область располагается не рядом, а под накопительной ячейкой, следовательно, увеличения площади ячейки не требуется. Ячейка здесь имеет структуру не просто n⁺p, как в обычном скрытом канале, а n⁺pn^–, причём средний p-слой служит как бы "подложкой", а собственно n^––подложка – стоком антиблюминга. При правильном выборе параметров легирования слоёв (и при тщательном их соблюдении в процессе изготовления!) избыточный заряд из ячейки будет сливаться не вбок, а вниз. Платой за это, помимо сложной технологии, является сильный спад ИК чувствительности прибора, что для приборов цветного телевидения не является критическим.